ADS-B地面站的覆盖半径不仅受到机载ADS-B发射机信号最大辐射距离的限制还受地球的曲率的影响。前者是在考虑到自由空间损耗的前提下所计算出来的地面站最大信号接收距离，后者的计算结果是在以无线电波通过视距传播时地球曲率对传输距离的影响为前提而得出的。在实际使用的时候只能取其中的较小值才可作为ADS-B地面站的覆盖半径。
通过理论计算，我们计算无线电波在自由空间传播的距离来计算ADS-B天线最大辐射距离。
自由空间传播是指天线周围为无限大真空时的电波传播，是理想传播条件。在该情况下传播，我们不考虑能量被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。而电波的通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率等有关。下文主要计算无线传输路径分析中的自由空间损耗、信号接收强度的计算，链路系统裕量等方面。
（1）自由空间损耗的计算
(1)
（2）信号接收强度的计算公式
（3）链路系统裕量SFM
其中，Lbf表示自由空间损耗（dB）；D表示天线仰角的传输距离（km）；F表示是频率；Pt表示发射机的输出功率经天馈系统衰减后达到天线端的实际辐射功率；Gt表示发射天线增益；Gr表示接收天线增益；Pr表示接收天线端的信号强度。信号经过机载的天馈线传输到应答机的接收机中。在计算最大作用距离时选取Pr=Prmin，即应答机的灵敏度；
表示系统的损耗因子，是各种损失因子的积，它主要由四部分构成，一般是给出的经验值或通过查表得到的，这四部分分别为：
①Lt—机载发射机天馈系统的传输线损耗；
②Lp—大气吸收损耗因子；
③La—天线调制损耗因子；
④Li—其它各种损耗，其中，一般忽略不计。
当接收到的信号强度达到接收机灵敏度时，即Pr=Prmin，计算出的结果为ADS-B信号的发射功率：
我们选用地面站天线均为全向天线，垂直极化，所以其接受天线的增益Gr的近似计算公司：
。其中L是天线长度，
是中心工作波长。在工程中，天线馈线损耗、节头损耗、大气衰减和透视损耗为4dB。机载发射天线我们选择刀状天线，通过参考目前市面上的刀状天线的技术参数，我们选择的发射天线增益大致为-0.5dB。接收天线选用1.2m，通过计算增益为9dBi。
（附注：实际情况中，无线信道会遭到干扰和噪音信号，所以一般留有大于15-20dB的系统裕量）
1090MHz扩展电文广播式自动相关监视地面站（接收）设备由接收机、数据处理单元、接口、天线、监控维护系统、电源模块等组成。
（2）一般要求
a) 设备（天线除外）应采用双机冗余配置，单路输出，具有自动切换和手动切换方式，切换应不影响数据输出的连续性和稳定性。
b) 设备应采用全固态器件，具有自检功能，并在本地具有正常与故障指示。
c) 设备平均无故障时间（MTBF）应大于20000h，平均故障修复时间（MTTR）应小于0.5h。
d) 设备应能24h连续工作，设备的设计寿命应大于15年。
e) 设备启动时间应不大于90s。
f) 设备应具备在供电中断恢复后自启动能力，在无人干预的情况下应在90s内恢复正常工作。
g) 设备应具备以下全球导航卫星系统（GNSS：Global Navigation Satellite System）时标和位置接收能力：
——时标接收设备的绝对时间允许误差不大于10μs；
——GNSS位置接收设备的水平定位允许误差不大于10m，垂直定位允许误差不大于12m。
h) 设备应支持交流和直流电源供电。
①以交流供电为主。当交流电源断电时，应能自动切换到备用直流电源（蓄电池）工作，无间断时间；当交流电源恢复后，应能自动恢复到交流供电状态。
②交流与直流电源既能同时并联供电，也能单独对设备供电。
③工作电源支持：交流220V±44V，45Hz～63Hz；直流24V或48V。
i) 设备应具备抗雷击能力。
j) 室内设备应能在以下环境正常运行：
——工作温度：-10℃～45℃；
——相对湿度：小于95%（非冷凝）；
——最高工作高度：不低于海拔5000m。
室外设备所有外部组件均应能在以下环境全天候工作：
——工作温度：-50℃～70℃；
——最高工作高度：不低于海拔5000m；
——风速：0～160km/h；
——相对湿度：小于98%（非冷凝）；
——降雨：小于60mm/h；
——冰雹：直径小于25mm，风速低于18m/s；
——盐雾：能在海岸区域工作。
（3）性能要求
a) 目标处理能力：设备的目标处理能力应大于每秒200批目标（均匀分布）。
b) 抗干扰能力：应具有抗多径干扰和同频干扰的能力，以及分辨二重交织码的能力。
c) 处理延时：设备处理延时应不大于50毫秒。
（4）天线技术要求
a) 天线可选全向性或方向性天线。
b) 天线的工作频率为1090MHz±1MHz。
c) 天线极化方式应为垂直极化。
d) 天线和馈线阻抗为50Ω。
e) 馈线长度应按现场实测数据配置，能够满足现场安装的要求，馈线总衰减值应不大于4dB，驻波比不大于1.5:1。
（5）接收机技术要求
a) 接收机接收消息格式：设备接收的ADS-B消息格式内容包括前导脉冲和数据块，如图3-1所示。
b） 数据格式解析要求：数据块格式应符合RTCA DO-260、RTCA DO-260A、RTCA DO-260B的要求。接收机至少应能解析DF17和DF18，其具体定义如表3-2所示。
表1 ADS-B地面站接收机解析的数据格式
c) 接收机的工作频率：接收机的工作频率为1090MHz±1MHz。
d) 接收机动态范围：接收机动态范围应不小于75dB。
e) 带内接收：
①在1089MHz～1091MHz范围内，接收机的MTL应不大于-85dBm。
②在没有干扰和重叠的情况下，输入信号电平在MTL+3dBm到接收机动态范围上限之间时，接收机正确探测解码率应不小于99.9%。
③在没有干扰和重叠的情况下，输入信号电平为-88dBm时，接收机正确探测解码率应不小于90%。
④在没有干扰和重叠的情况下，输入信号电平为-91dBm时，接收正确探测解码率应不小于15%。
f) 接收机带外抑制：对于带外信号，在正确探测解码率不小于90%情况下，接收机应满足如表2所示的要求。
表2 ADS-B地面站接收机带外抑制
g) 正确探测概率：接收机在每秒4000次应答串扰情况下，正确探测概率应不小于90%。
h) 窄脉冲抑制：接收机应具有窄脉冲抑制能力，能抑制宽度小于0.3μs的同频脉冲信号。
i) GNSS及其扩展信号接收和时钟同步：接收机应具备接收GNSS及其扩展信号和进行本机时钟同步的能力。
（6）数据处理及输出技术要求
a) 应具备实时基带数字信号解码能力，能提取ADS-B消息。
b) 应具备ADS-B消息循环冗余校验（CRC）能力，能剔除错误的报告。
c) 应具备处理测试信标信号的能力。
d) 目标处理错误率应不大于每小时5×10-6个。
e) 输出的数据格式和内容应符合EUROCONTROL ASTERIX Category 021要求，输出的数据项应包含表3规定的数据内容，并具有扩展EUROCONTROL ASTERIX Category 062等制定数据格式输出的能力。
表3 Asterix 021数据格式必选项
f) 支持扩展DF17、DF18原始脉冲数据输出的能力。
g) 数据传输协议应包括TCP/IP，TCP/IP数据接口支持RJ45，支持不小于100Mbps的传输速率；
h) 应具备防范计算机病毒、网络入侵和攻击破坏等危害设备网络安全事项或者行为的技术措施。
研究地面站信号覆盖范围，可以计算ADS-B系统的监视范围，作为地面站部署的重要参考。为了减少误差，提高选址的准确性，我们一般对地形进行实际考察，分为开阔区域的覆盖性分析和不规则地形的覆盖性分析。
在国内，有不少人从事该方面的研究：沈笑云，曹博等人提出一种在开阔区域的地面站信号覆盖优化研究方法。该方法首先采用二径模型模拟地空通信链路信道，仿真在视距条件下主反射波与直射波的干涉现象；然后设计符合ADS-B规范标准的天线，计算信号在自由空间的辐射距离；然后结合由地物遮挡引起的视线截止距离对覆盖性进行优化算法研究。刘文评，曹博等人提出一种针对不规则地形的ADS-B地面站信号覆盖方法。首先针对不规则地形信道特点，推导了Longley-Rice模型的具体仿真算法，提出利用该模型模拟航空无线信道；仿真符合ADS-B规范标准的天线，计算信号在自由空间的辐射距离；然后结合地物遮挡得出最后覆盖范围。
通过研究其他参考文献，我们得出研究ADS-B地面站覆盖性的一般方法步骤如下：
1) 寻找高精度的地形图，通过地图获得地势信息，准确的确定基站的位置，精确全面的反映障碍物的标高，然后统计成数据制成表格。
2) 由于在计算覆盖性时地势的影响程度很大，需要通过判断障碍物的遮挡选择不同的计算方法。
3) 结合天线的性能，通过上列公式计算出来的计算结果相比较，最后得出ADS-B地面站覆盖性的准确理论值。
ADS-B系统是全球新航行技术的主要发展方向，其中地面站是该系统的重要环节。它能在接收飞机广播报文的同时，向飞机提供交通信息服务（TIS-B）和飞行情报服务（FIS-B）。本文的主要研究ADS-B地面站在华东地区信号覆盖的范围，进而对ADS-B地面站的部署进行初步规划。
影响ADS-B地面站信号覆盖主要有三个因素。一、地形。地形对于低空通信中信号的传播影响非常明显，通常目标能否被地面站观测取决于目标和地面站之间是否有遮挡。二、信号反射。ADS-B频率属于超短波范围，这个频率段内，航空通信领域中有大量民用航空无线电设备在工作；超短波的绕射能力差，在开阔区域地面与物体的反射是一个不能忽视的问题。三、天线性能。信号的接收和发送都必须经过天线，天线的性能直接影响信号的传输距离。综上所述,计算ADS-B地面站信号覆盖的流程图如下图2所示：
图2计算ADS-B地面站信号覆盖流程图
所以我们可以得出一个结论，在计算整个ADS-B地面站信号覆盖的过程中，需要综合考虑障碍物遮挡，系统模型推算距离，天线辐射性能，最终得出其中的最小值。
地面对电波传播的影响，主要体现在以下两个方面：1）地质的电特性；2）地球表面的几何结构，如地形起伏、植被覆盖层以及人为建筑等地貌地物的影响等。由于视距传播中，天线高架（即天线架高远大于波长），完全可以忽略地波成分，因而地质情况主要影响地面反射波的振幅与相位。相对而言，地面的几何结构对电波传播的影响才是主要的。
1090 ES(1090MHz Extended Squitter)频率无线电波的传播方式都是空间波，即视距波，由于地球是球体，凸起的地表会阻挡视线，使的空间波传播存在一个最大直视距离，是由收发天线的高度、地球的曲率和大气层对电波的折射作用所决定，其中为了能增大其在地面上的传播距离，最简单的办法就是提高天线的高度用以增大视线距离。如下图3所示。
图3 ADS-B line-of-sightpropagation model
设地球半径为R0，发射天线架高及接收机所在高度分别为h1和h2。天线及接收机位置分别为图中的P、Q两点，两点的连线与地表相切于C点，d0=d1+d2即为直射波所能达到的最远距离。在三角形QCO中：
同理，
由于地球半径R0远大于天线架高和民用飞行器高度h1和h2，故
则视距d0为
将R0=6370km代入，并规定h1、h2单位为m，视距d0为km，则
若考虑到大气不均匀性对电波传播轨迹的影响，例如在标准大气折射的情况下，式可修正为
例如：假设平均海拔高度为400m，假设地面站天线相对于地面的高度为
15 m。由对于不同的飞行高度层(FL)，电磁波的最大直视距离是不同的。如果要求对飞行高度层1000m以上区域进行覆盖，ADS-B 信号的直视距离：
同样，可计算飞机在飞行高度层3000m、6600m和9200m以上的ADS-B信号的直视距离，如表4所示
表4不同高度层上ADS-B直视距离
表5不同天线高度在不同飞行高度层对应的ADS-B信号的直视距离（km）默认华东地区平均海拔高度为H1，天线所在点的海拔高度H2，此处假设H1=H2=50m，得到不同天线高度在不同飞行高度层对应的ADS-B信号的直视距离，如表5所示。
ADS-B采用1090ES通讯链建立空地通信，1090MHz电磁波是以空间波形式传播，即视距传播：电波沿视线直接传播道接收点。因此在建立ADS-B地面站覆盖模型时有必要考虑地形遮蔽对ADS-B信号的影响。
基于ADS-B通讯链的传播特点，当有障碍物如山峰、丘陵等，存在于电波的传输路径上，机载ADS-B发射器所发出的信号就无法被地面站接收到，就会形成一个信号盲区。如下图4所示：沿ADS-B地面站接收天线与障碍物顶端做一条射线，这时，在山峰后面就会形成一个盲区，当飞机的下滑角小与设定值时，其机载ADS-B发射器所发出的信号就无法被地面站接收到。
图4 Coverage blind area effected by the elevation angle
遮蔽角是指障碍物顶点和地面站天线之间的连线与地平线之间的夹角，遮蔽角算式为：
所得的修正遮蔽角，可用于计算不同方位ADS-B的视线截止距离：
图5 The calculation model of the shielding angle
当需要进一步计算在该遮蔽角下，某高度层上的ADS-B信号的视线截止距离，如上图所示，可按下式计算：
根据视线截止距离所形成的一系列视线截止点，将所有方向上的视线截止点拟合成一条封闭曲线，那么该曲线所形成的区域即为ADS-B的实际覆盖范围。
图6 Covering area calculation by trajectory points
该章节所提出的算法以计算地面站对某确定高度层（设为H0）的覆盖范围为目标。基于1090ES数据链的传播特点，本模型将ADS-B所发射的电磁波抽象为一种视线，将ADS-B地面站在某高度层覆盖范围的计算转化为以地面站为视点对该高度层可视域的计算。
该方案是在理想情况进行的粗选址，具有以下局限性：1、未考虑建筑物的高度以及其它非地理因素的遮挡情况；2、默认基站建设在粗选址半径5km范围内的最高点；3、不覆盖海拔大于一定高度的山岭地区。
以SD省为例，利用我们开发的可视化分析软件，导入地理高程数据，假设天线高度=20m，飞行高度层=900m，计算在满足无覆盖盲点情况下的ADS-B地面站部署规划（包括布点个数和布点的位置），其平面图案以及地面站经纬度表如下列图所示：
表6 SD省地面站经纬度
参考文献
[1]焦卫东, 周波, & 沈笑云. (2014). Ads-b地面站信号覆盖分析及选址应用. 计算机仿真, 31(004), 51-55,77.
[2]刘文评, 曹博, 刘志刚, 刘坤, & 唐志虎. (2016). 不规则地形对ads-b地面站信号覆盖影响分析. 电光与控制(23), 84-89.
[3]沈志远, 汤新民, 李凯伦, 程鑫淼, 揭东, & 范征. (2017). 一种融合ADSB实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法. CN107404349A.
